Uvedený príspevok je zameraný na možnosti využitia tepelných čerpadiel v budovách s takmer nulovou spotrebou energie (NZEB) alebo v pasívnych domov so zabezpečením vykurovania, prípravy teplej vody a vetrania. Z dôrazom na znižovanie spotreby energie v obytných budovách a zníženie tepelnej straty, ale o to väčšie požiadavky na vetranie objektu. Pre takéto zadanie má spoločnosť NIBE riešenie formou ventilačných tepelných čerpadiel, kde vieme energiu v odpadovom vzduchu spätne využiť pre zvýšenie efektivity tepelného čerpadla.

1.    ÚVOD

Ak zoberieme budovy s takmer nulovou potrebou energie, pri ktorých sa potrebné takmer nulové alebo veľmi malé množstvo energie na užívanie takejto budovy  dosiahne efektívnou tepelnou ochranou a energiu, ktorú zabezpečí obnoviteľný zdroj energie v tomto prípade napr. ventilačné tepelné čerpadlo. Pre dosiahnutie tohto energetického zatriedenia je potrebné dosiahnuť úroveň primárnej energie ≤ 54 kWh/(m2.a) a mernú potrebu tepla na vykurovanie ≤ 20,4 kWh/(m2.a).

 2.  VENTILAČNÉ TEPELNÉ ČERPADLÁ

Ventilačné tepelné čerpadlá sú v zásade systémy na recykláciu energie. Odoberanie energie odpadovému interiérovému vzduchu, ktorý je odvádzaný z objektu ventilačným systémom a používaný k vykurovaniu a ohrevu čerstvého privádzaného vzduchu a ohrevu teplej vody.

2.1.   Dôvody vetrania obytných priestorov

• Úspory energie – minimalizovanie tepelných strát vetraním otvorenými oknami,
• Objekty sa v dnešnej dobe izolujú, ale vzduchovo sú viac uzavretejšie (syndróm chorých budov),
• Zhoršenie životného prostredia vo vnútri budovy,
• Nárast koncentrácie škodlivých látok uvoľňujúcich sa z nábytku, kobercov, farieb a umelých hmôt,
• Nárast vlhkosti a tvorba plesní,
• Koncentrácia alergénov,
• Vetranie budovy sa dá zaistiť prirodzeným vetraním alebo mechanickým odsávaním použitého vzduchu,
• Riadené vetranie kompenzuje negatívne javy spôsobené zateplením a uzavretím budovy.

2.2     Ventilačné tepelné čerpadlá

Ventilačné tepelné čerpadlo odsáva vzduch pomocou VZT potrubia inštalovaného v miestnostiach, kde sa tvorí v dome vlhkosť ako kúpeľne, kuchyne, technické miestnosti, práčovne atď.

Ventilácia môže prebiehať dvomi spôsobmi: Iba odsávaním odpadového vzduchu alebo odsávaním odpadového vzduchu a predohrevu prívodného vzduchu.  V podstate sa jedná buď o podtlakové alebo rovnotlakové vetranie.

Pri prvom spôsobe sa vzduch v dome vedie z miestností zo stenovými ventilmi alebo vetracími štrbinami v okennom systéme pre prívod čerstvého vonkajšieho vzduchu do miestností s ventilmi odsávaného vzduchu. Druhý spôsob je určený pre domy, kde časť dodávky tepla zaisťuje predhriaty prívodný vzduch. Vzduch v dome sa vedie z miestností s ventilmi privádzaného predhriateho vzduchu do miestností s ventilmi odsávaného vzduchu.

Odpadovému vzduchu sa odoberá teplo a predáva sa do okruhu chladiva tepelného čerpadla. Ochladený vzduch sa potom vypúšťa do vonkajšieho prostredia pomocou VZT potrubia.

Ventilačné tepelné čerpadlo výborne spolupracuje v spojitosti s nízkoteplotnými systémami vykurovania z čoho plynú nízke prevádzkové náklady, dlhá životnosť a minimálna údržba zariadenia.

                                               Obr. 1  Pohľad na ventilačné tepelné čerpadlo [4]

2.3     Možnosti vetrania so systémom ventilačných tepelných čerpadiel NIBE

A, Podtlakový systém vetrania bez regulácie výkonu:

–          F370 – ventilačné TČ s možnosťou vykurovania, prípravy teplej vody a vetrania

–          F130/ F135 – vetrací modul slúžiaci k vetraniu objektu

B, Podtlakový systém vetrania s reguláciou  výkonu:

–          F730 a F750 – ventilačné TČ s možnosťou vykurovania, prípravy teplej vody a vetrania

C, Rovnotlakový systém vetrania bez regulácie výkonu:

–          F470 – ventilačné TČ s možnosťou vykurovania, prípravy teplej vody a vetrania

D, Rovnotlakový systém vetrania s reguláciou výkonu:

–          F750 + modul SAM 40/41 – s možnosťou vykurovania, prípravy teplej vody a vetrania

Podtlakový systém vetrania:

• Jednoduchý rozvod vzduchotechniky
• Fresh klapky pre prívod čerstvého vzduchu

 Obr. 2   Schéma podtlakového vetrania v rodinnom dome [4] 

Rovnotlakový systém vetrania:

• Zložitejší rozvod vzduchotechniky
• Predohrev čerstvého vzduchu

 Obr. 3   Schéma rovnotlakového vetrania v rodinnom dome [4] 

2.3     Využitie a charakteristika ventilačného tepelného čerpadla

Pre vzorovú charakteristiku je vybrané ventilačné tepelné čerpadlo NIBE F470 s rovnotlakovým vetraním.

Charakteristika ventilačného TČ F470:

• Vhodné pre rodinné domy s tepelnou stratou 2 – 4 kW,
• Vykurovací výkon : 2,18 kW,
• SCOP (EN 14825) pre stredné klimatické pásmo: 3,58
• Akumulačný zásobník: 70 l,
• Zásobník TV: 170 l,
• Doplnkový elektrokotol s výkonom do 10 kW,
• Nízka hladina hluku,
• Vzdialená správa cez internet – NIBE Uplink,
• Zabudované nízkoenergetické obehové čerpadlá triedy A.

Obr. 4   Detail ventilačného tepelného čerpadla F470 [4] 

 3.    POROVNANIE PREVÁDZKY TEPELNÉHO ČERPADLA VS KLASICKÁ REKUPERÁCIA V RD

Pre porovnanie prevádzky domu s takmer nulovou potrebou energie sa zvolili systémy s ventilačným tepelným čerpadlom F470, kde spôsob vykurovania bol zvolený formou podlahového vykurovania s teplotným spádom 37/32 °C. Zásobník TV je integrovaný v jednotke F470 oproti tomu je aktívna rekuperácia s elektrickým ohrievačom s teplovzdušným vykurovaním a pre ohrev TV doplnený elektrický zásobník TV.

Údaje vzorového rodinného domu:

• Rodinný dom s vykurovacou plochou 100 m2,
• Tepelné straty objektu: 2,1 kW,
• Počet ľudí v domácnosti: 4
• Potreba tepla na vykurovanie: 3759 kWh/rok
• Potreba tepla na prípravu teplej vody: 4003 kWh/rok
• Celková potreba tepla za rok: 7761 kWh/rok

3.1.   Energetické a ekonomické porovnanie ventilačného TČ vs klasická rekuperácia

Cieľom porovnania je poukázať na lepšiu efektivitu využívania dodanej energie s ventilačným tepelným čerpadlom oproti rekuperácii so systémom a poukázať na výhody plynúce z inštalácie tohto zariadenia. Z pohľadu investície do obidvoch systémov vychádza systém s aktívnou rekuperáciou a teplovzdušným vykurovaním o 3 600 € lacnejší ako systém s ventilačným tepelným čerpadlom a podlahovým vykurovaním.

V tab.1 je vidieť, že hrubá návratnosť systému vychádza približne za 6,3 roka, čo z pohľadu technickej životnosti systému môžeme zhodnotiť ako výhodnú voľbu do systému s ventilačným tepelným čerpadlom.

Tab. 1   Energetické a ekonomické porovnanie systémov

Tab. 2   Environmentálne porovnanie systémov

Z pohľadu záťaže na životné prostredie ako hodnotený faktor CO2  môžeme potvrdiť, že systém s ventilačným TČ ako je vidieť v tab.2 znížil hodnotu CO2 o 1564 kg/rok.

4.    ZÁVER

Veľký benefit využitia ventilačného tepelného čerpadla oproti rekuperačnej jednotke je lepšie zatriedenie rodinného domu do energetickej triedy z hľadiska potreby energie. Zatiaľ, čo pri rekuperačnej jednotke bola merná potreba tepla na vykurovanie 37,6 kWh/(m2.rok) a RD by spadal do ultranízkoenergetického domu, tak pri ventilačnom tepelnom čerpadle do pasívneho štandardu s hodnotou 10,5 kWh/(m2.rok) pri SCOP 3,58. V neposlednom rade netreba opomenúť prínos z hľadiska environmentálneho  dopadu na životné prostredie.

Literatúra:

1. STN EN 15450 Vykurovacie systémy v budovách. Navrhovanie vykurovacích systémov s tepelnými čerpadlami, 2007.
2. STN EN 14825 Klimatizačné jednotky, jednotky na chladenie kvapalín a tepelné čerpadlá s elektricky poháňanými kompresormi na vykurovanie a chladenie. Skúšanie a hodnotenie pri podmienkach čiastočnej záťaže a výpočet sezónnej účinnosti, 2014.
3. STN EN 15316 4-2 Vykurovacie sústavy v budovách. Metóda výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému. Časť 4-2: Priestorové   systémy výroby           tepla, systémy tepelného čerpadla. 2008.
4. Podklady firmy NIBE – zdroj www.nibe.sk